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El evaporador es el lugar de la instalación donde se produce el intercambio térmico entre el refrigerante y el medio a enfriar.
Evaporador seco – evaporador inundado
Existen 2 sistemas de funcionamiento de los evaporadores. Inundados o secos. En los evaporadores inundados la transmisión de calor es uniforme, en los secos es una mezcla de gas y líquido pulverizado.
La cantidad de calor que absorbe el evaporador depende de la superfície de contacto, la diferencia de temperatura (entre el exterior y la temperatura de evaporación) y el coeficiente de transmisión de calor (K) que es del material que empleamos.
Q = S · △t · K
Q = Cantidad de calor absorbida por el evaporador (w)
S = Superfície de contacto (m2)
t = Diferencia de temperatura.
K = Coeficiente de transmisión de calor (W/m2/ºC)
La superfície es siempre constante. Puede variar el △t (ventilaodres o presión de evaporación) o la K (hielo en el evaporador, exceso de aceite, etc)
Cuando el líquido entra en el evaporador a través del elemento de expansión, una parte se evapora (en este ejemplo el 20%) para enfriarse a sí mismo. El resto va robando calor al exterior y va evaporándose a medida que atraviesa el evaporador.
La presión y la temperatura se mantienen constantes siempre que por el evaporador circule líquido. En el momento que se haya evaporado todo, si el refrigerante sigue robando calor del exterior obtendremos gas recalentado (recalentamiento).
Lo ideal para que un evaporador obtenga el máximo rendimiento seria que el recalentamiento empezara justo a la salida del evaporador, de esta manera maximizaríamos la superficie de contacto de este, pero resulta complicado, ya que corremos riesgo de que nos llegue líquido al compresor. Cuanto más saturado no llegue el gas al compresor disminuimos la temperatura de descarga e incrementamos la capacidad frigorífica, pero nunca ha de llegar líquido.
Una vez el refrigerante sale del evaporador se aisla la tubería de aspiración para evitar más recalentamiento y también para evitar la condensación de humedad en su exterior.
La cantidad de calor que puede absorber el evaporador viene expresado en Kcal/h o W/h.
Evaporadores para enfriamiento de aire
Los evaporadores para enfriar aire pueden ser estáticos o de tiro forzado, según el △t que deseemos conseguir.
El aire que circula por el evaporador, al tocar el primer tubo (A) del evaporador, lo baja de temperatura y lo pone a +2ºC (más o menos), y al pasar por el segundo tubo lo enfriamos más y lo ponemos a -1ºC.
El segundo tubo roba menos calor, ya que hay menos diferencia de temperatura (△t).
Si pusiéramos una sola fila de tubos para conseguir la misma temperatura necesitaríamos más espacio, pero obtendríamos mejor rendimiento.
En los evaporadores estáticos no es recomendable poner más de dos filas de tubos.Si tenemos que poner más grosor de tubos, necesitaremos un ventilador para que el aire circule por todos los tubos. A más tubos, mayor velocidd de aire debemos conseguir.
En evaporadores muy grandes la presión del refrigerante no se mantiene constante a causa de las pérdidas de carga. Para evitarlas, el evaporador se divide en secciones. Cada parte del evaporador ha de ser de igual longitud y van a parar a un colector de salida. A la entrada del evaporador se suele instalar un distribuidor con salida de pequeños tubos de 1/4 para que el riego de refrigerante sea uniforme a todas las partes del evaporador.
La humedad ambiente afecta negativamente en el rendimiento del evaporador. Al enfriar el aire de 2ºC (70% de humedad relativa) a -30ºC la humedad pasa a ser del 100% y pasamos de 10 gr de agua por m3 de aire a 3 gr/m3. Los 7 gr/m3 restantes se queden en el evaporador en forma deescarcha.
Al tocar el aire con el producto le robamos calor al producto y como al aire le falta agua también le robamos humedad al producto.
Humedad relativa según el salto térmico
La humedad relativa necesaria depende del producto que tenemos que almacenar para no deshidratar el producto. Para evitar la deshidratación del producto, se debe envasar o reducir el △t en el evaporador.
A mayor velocidad de aire, mayor △t conseguimos y enfriamos más rápido. Si queremos conservar alimentos sin envasar necesitamos poco △t para no deshidratarlo (utilizando evaporadores estáticos por ejemplo).
Evaporadores para enfriamiento de líquidos
Para el enfriamiento de líquidos tenemos dos sistemas diferentes de evaporadores:
- Evaporadores de inmersión
- Evaporadores en circuito
Evaporador de inmersión
Son evaporadores que se sumergen en el líquido a enfriar y no es necesaria la circulación de agua para el funcionamiento del equipo. Pueden funcionar con el líquido a enfriar, totalmente estático.
Básicamente encontraremos dos tipos de construcciones: Evaporador de tubo y evaporador de placas sumergidas
Con los dos tipos de evaporador conseguiremos el mismo fin y su funcionamiento es simple. Se introduce el evaporador en el líquido a refrigerar y lo alimentamos de refrigerante hasta que el líquido esté frio.
Normalmente se monta un agitador en el líquido para homogenizar la temperatura en todo el líquido.
También hay otra aplicación que es la de acumular energía en forma de hielo, en los llamados bancos de hielo. En equipos donde la carga térmica demandada es muy alta en horas punta y nula en horas valle, es posible acumular energia durante las horas valle para poderla aprovechar en horas punta. Con este sistema se consigue una reducción de potencia de los equipos frigoríficos y un ahorro en el consumo de electricidad al contratar contadores de energía con discriminación horaria.
Evaporador en circuito
Son los evaporadores que se montan en el circuito del líquido a enfriar y necesitan obligatoriamente de bombas para la circulación.
En este apartado nos encontramos básicamente los evaporadores de placas, los evaporadores multitubulares y los evaporadores a contra-corriente.
Para el cálculo del evaporador para enfriamiento de líquidos tendremos que tener muy en cuenta los parámetros de:
- Gas refrigerante utilizado
- Temperatura evaporación
- Salto térmico del líquido a enfriar.
- Temperatura del líquido
- Densidad del líquido a enfriar
En los evaporadores de inmersión se puede aceptar la formación de hielo e incluso se busca la capa de hielo en los bancos de almacenaje, pero en los evaporadores en circuito es muy importante que no se forme ningún cristal de hielo, puesto que los pasos de líquido están muy ajustados y la expansión del líquido al congelarse puede dar lugar a roturas del evaporador. Es por esto que se deben de prever sistemas de seguridad como termostatos anti-hielo, presostatos diferenciales del líquido a enfriar o interruptores de flujo.